Ultra schnelle Abschaltvorrichtung (UFD) und ihre Rolle im ABB-Hybrid-HVDC-Sicherungsgerät

Lösung für Hybrid-Gleichstrom-Schaltgeräte

Die Lösung für Hybrid-Gleichstrom-Schaltgeräte kombiniert die hervorragenden Schaltfähigkeiten von Leistungselektronikbauteilen (wie IGBTs) mit den niedrigen Verlusten mechanischer Schaltanlagen. Dieses Design stellt sicher, dass der Strom im Normalfall nicht durch die Halbleiter im Hauptschalter fließt, es sei denn, eine Unterbrechung ist erforderlich. Dies wird durch einen mechanischen Bypass-Weg erreicht, der aus einem ultraschnellen Trennschalter (UFD) und einem Hilfsschalter zur Kommutation in Serie besteht, wie in der Abbildung gezeigt.

Funktionsprinzip

Normaler Betrieb:

Während des normalen Betriebs fließt der Strom durch den mechanischen Bypass-Weg, wobei sowohl der UFD als auch der Hilfsschalter zur Kommutation geschlossen sind. Daher fließt der Strom nicht durch die Halbleiter im Hauptschalter, was die Verluste reduziert.

Fehlererkennung und -unterbrechung:

Bei Erkennung eines Fehlers schaltet der Hilfsschalter zur Kommutation den Strom schnell vom Bypass-Weg auf den parallel geschalteten Hauptschalter um. Dieser Prozess sorgt dafür, dass der UFD seine Kontakte unter fast nullstromfreier Belastung trennen kann, wodurch das Entstehen von Bögen und Überhitzung vermieden wird.

Rolle des UFD:

• Vollständige elektrische Isolierung: Der UFD muss nach dem Betätigen des Hauptschalters (d.h. nach der Stromunterbrechung) eine vollständige elektrische Isolierung zwischen seinen Kontakten bieten, um eine Wiederleitung des Stroms zu verhindern.

• Maximale Nennstromstärke: Der UFD muss in der Lage sein, die maximale Nennstromstärke des Systems zu vertragen, um einen zuverlässigen Betrieb unter allen Bedingungen zu gewährleisten.
  Schnelle Reaktion: Im Falle unerwarteter Ausfälle von Systemkomponenten muss der UFD sofort die Schließoperation durchführen können, um das gesamte System vor Schäden zu schützen.

Abbildungserklärung

In der Abbildung ist der ultraschnelle Trennschalter als Element b gekennzeichnet. Die Anordnung des gesamten Systems ist wie folgt:

• Mechanischer Bypass-Weg: Bestehend aus dem UFD und dem Hilfsschalter zur Kommutation in Serie.

• Hauptschalter: Enthält Leistungselektronikbauteile (wie IGBTs) zum schnellen Unterbrechen des Stroms bei Fehlern.

• Hilfsschalter zur Kommutation: Schaltet den Strom beim Erkennen eines Fehlers schnell vom Bypass-Weg auf den Hauptschalter um.

Zusammenfassung

Die Lösung für Hybrid-Gleichstrom-Schaltgeräte erreicht eine effiziente und zuverlässige Stromunterbrechung, indem sie die schnellen Schaltcharakteristiken von Leistungselektronikbauteilen mit den geringen Verlusten mechanischer Schalter kombiniert. Die Schlüsselrolle des UFD besteht darin, eine schnelle und sichere Stromunterbrechung zu gewährleisten und die notwendige elektrische Isolierung während Fehlerbedingungen bereitzustellen, um das System vor Schäden zu schützen.